发现冬眠的神经通路基础

无论是在寒冬冻土下幽深的洞穴中，还是在遥远未来的星际飞船上，冬眠一直深深吸引着科幻爱好者与自然爱好者。但动物究竟如何降低体温、下调代谢，从而进入冬眠状态，其中机制长久以来始终是谜。

筑波大学睡眠与冬眠研究专家樱井武（Takeshi Sakurai）表示：“我们对这些机制，尤其是神经层面的机制所知甚少。”

如今，一篇发布在生物预印本平台bioRxiv上的研究，通过对叙利亚仓鼠冬眠现象开展研究，首次定位出调控动物进入冬眠的一条大脑环路。博洛尼亚大学生理学家马泰奥·切里（Matteo Cerri）（研究未参与该项目）评价称，该研究找到了网络中的“关键节点”，为哺乳动物大脑内存在古老冬眠环路这一观点，提供了“比以往所有证据都更扎实”的依据。

对于人工诱导冬眠领域的研究者而言，这是一则好消息。如果跨物种都存在这套休眠冬眠环路，科学家就有望找到方法，在人体中诱导冬眠以用于疾病治疗；甚至还有一个更为遥远的目标——实现人类长途星际航行。

许多动物依靠环境获取热量，而鸟类与哺乳动物能够自主调控体温。优势在于维持较高且相对稳定的代谢率，但代价是巨大的能量消耗。当能量成本过高时（例如极寒或食物匮乏时期），部分动物就会通过冬眠渡过难关。冬眠动物会进入长时间、深度的蛰伏状态：体温和代谢水平下降，蛰伏过程通常会被短暂苏醒间断。其他动物遭遇类似困境时，会进入时间更短、程度更浅的单次蛰伏，这种蛰伏和真正冬眠之间的关联，学术界一直存在争议。许多鸟类和哺乳动物则两种状态都不会出现。

为探明动物进入冬眠时大脑内部发生的变化，研究人员首先在实验室诱导叙利亚仓鼠进入冬眠。实验持续两个月，缩短饲养箱内光照时长，模拟秋季；随后再用两个月将环境温度下调至约4摄氏度，模拟冬季。在这场模拟冬季环境中，动物就会启动冬眠。本研究第一作者、麻省理工学院冬眠研究者阿德里安·马丁内斯介绍：“它们体温下降，还会在巢穴里蜷缩成一团。”冬眠可持续2至8周，期间仓鼠会在苏醒与深度蛰伏之间循环交替。

研究团队采集刚进入深度蛰伏状态仓鼠的脑组织，并与短暂苏醒、以及未冬眠仓鼠的脑组织进行对比。Fos蛋白高表达提示，下丘脑视前区（POA）存在神经活动。该脑区负责调节体温、睡眠以及其他重要生理功能。

既往针对不冬眠小鼠的研究发现，饥饿或寒冷诱导的类冬眠状态，与视前区活动相关。但这种蛰伏状态是否等同于真正的冬眠，一直存有争论。而该研究发现，仓鼠冬眠过程中激活的这一组特定视前区神经元，和小鼠蛰伏时激活的神经元是同一类。

抑制这类神经元，会延缓仓鼠再次进入蛰伏；激活这类神经元则会促使仓鼠出现筑巢行为、体温下降——虽然达不到自然冬眠的低温，但远低于正常水平，可降至13℃。在小鼠体内激活该细胞，同样会使体温下降，只是幅度更小。

拉斯维加斯内华达大学冬眠研究者弗兰克·范·布鲁克伦表示：“现在很难再说（小鼠蛰伏和真正冬眠）是两套完全不同的生理过程。”

麻省理工学院冬眠研究者、这篇预印本论文通讯作者西尼沙·赫瓦廷提出，这套视前区细胞，是进化遗留下来的“关闭开关”。早期温血哺乳动物依靠这套机制，降低维持体温所需的高昂能耗。“我认为，这些神经元极有可能最接近远古的调控开关原型。”

切里认为，如果蛰伏是远古遗传性状，那么大多数哺乳动物很可能仍然保留这套视前区环路。但樱井武指出，哺乳动物冬眠和蛰伏形式多样，说明在视前区上下游通路必然存在差异；同时还有部分哺乳动物（包括人类）完全不会进入冬眠或蛰伏状态。切里说道：“真正值得探讨的问题，不是为什么有些动物能蛰伏，而是为什么另一些动物不能。不是因为我们缺少这套‘生理工具’。”

能否通过调控视前区神经元，让不会冬眠的物种进入冬眠？樱井武团队在狨猴（天然不会蛰伏、冬眠）体内，找到了这条新发现环路里相同类型的细胞，目前正在尝试激活它们。此前已有研究人员利用超声刺激大鼠大范围视前区，可使其体温下降1～2摄氏度。

牛津大学睡眠与冬眠研究者弗拉迪斯拉夫·维亚佐夫斯基认可人体诱导蛰伏的治疗潜力：例如，在器官衰竭患者等待移植期间维持生命。但他着重强调，在临床应用之前，“我们必须弄清楚这会对大脑、突触连接以及记忆产生什么影响。”

此外还有更富科幻色彩的应用场景：让人类依靠冬眠完成长期星际航行。这种场景下人工蛰伏会面临更多难题，比如漫长的周期、医疗监护缺失。不过切里称，航天机构正越来越认真看待这个设想。他说：“从愿景层面看，这件事还非常遥远，但相关领域拥有雄厚资金支持。”

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